王淳丰，蒙立和
(广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530200)
盖梁是桥涵设计中的常见结构，由于支架体系的运用相对成熟，工程师们可根据盖梁荷载分布及周边环境灵活地使用特点各异的施工方式。但是，在海上作业区域，因海床表土承载力弱，大跨度盖梁的混凝土自重荷载高，导致落地式支架与无支架抱箍法这两种传统施工工艺均无法保证其作业平台受力后的稳定性[1]，因而在此类受限条件下选择构造安全、方便实施又经济合理的支承体系成为工程管理及建设的一个关键环节[2]。为此，本文结合工程实例，提出了以钢平台为基础、钢棒法加盘扣支架共用的复合式盖梁支承体系，通过对其稳定性的验算与工程实践，证明了此体系在施工过程中不会因支架失稳而引起质量安全事故，且具有很强的实用性。
位于广西滨海公路龙门大桥终点的互通式立交桥扬帆立交全长590 m，主线桥共20跨桥跨，自西向东分别布置为3×(3×30 m)+2×25 m+2×(3×30 m)+(25+30+25)m，为双向六车道分离式双幅结构。其单幅桥宽16.5～30 m，其中盖梁由小桩号至大桩号方向逐渐加宽，并在匝道汇入口处达到最大跨径17 m(见图1)。另外，此桥横跨海陆交界的红树林生态保护区，相对于常规工程，扬帆立交的建设需具备更高的施工精度与环保意识。
扬帆立交主线桥地处沿海浅滩区域并穿越大片滩涂，其圆柱墩墩高为1.5～14.4 m。盖梁尺寸根据桥面
图1 匝道汇入口处9#墩大盖梁结构图(mm)
宽度及箱梁片数的不同而进行调整，其中右幅第9跨桥面设计宽度为全桥最宽的29.26 m，需架设箱梁片数为9片，与之对应的盖梁尺寸则是28.46 m×2.4 m×2.2 m，因此本文以右幅9#墩盖梁为例展开技术分析与探讨。
在支承体系的选择上，由于所处地区的地基表土多为软塑态淤泥，加之受海中水流力影响，使用传统式落地支架会面临极大的安全风险[3]。另外，为提高地基承载力，若利用已施工完毕的圆柱墩作为竖向承重结构，在其适当位置埋设预留孔，通过插入圆钢来支撑整个作业平台，则通过计算，在9#墩盖梁模板与混凝土浇筑荷载的作用下，钢棒所受的组合应力将会超过其强度允许值，引起结构整体失稳。针对上述情况，经多次方案论证及技术分析，该项目对于跨径为17 m的盖梁均采用盘扣架+钢棒预埋法，以桩基钢平台与圆柱墩作为共同反力基础来承受整个盖梁混凝土与作业平台的荷载。其设计总体布置如下页图2所示。
图2 混合支承体系总体布置图(mm)
3.1 体系设计概述
(a)立面
(b)正面
3.2 荷载参数与组合
通过参考《钢结构设计规范》《公路桥涵施工技术规范》《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》等规范，并结合实际情况，本次计算中的主要参数取值如下：
钢材自重取值为78.5 kN/m3；
C40钢筋混凝土容重取值为26 kN/m3；
人员机械荷载取值为2 kN/m2；
模板荷载取值为0.75 kN/m2；
荷载分项系数取1.1；
盖梁尺寸为28.46 m×2.4 m×2.2 m。又因底模板下分配梁间距均为50 cm，计算时按线荷载加载于分配梁上，即荷载取值如下：
混凝土浇筑荷载：ρ1=0.5×26×2.2=28.6 kN/m
模板荷载：ρ2=0.75×0.5=0.375 kN/m
人员机械荷载：ρ3=2×0.5=1 kN/m
荷载组合=1.2×混凝土浇筑荷载+1.4×人机荷载+1.4×模板荷载+1.2×结构自重
3.3 计算分析
3.3.1 上部支承结构有限元模型建立
计算中依照结构离散原则，通过有限元软件Midas Civil对上部结构进行建模分析。模型中主横梁、分配梁、钢棒等各杆件采用梁单元进行模拟，材料参数与成品模型分别如表1与图4所示。
表1 上部支承结构主要杆件截面尺寸统计表
图4 上部支承结构Midas模型云图
3.3.2下部支承结构有限元模型
如图5所示，体系中的下部结构结合前期施工平台与盘扣架布置形式进行建模。另外，因钢平台是前期桩基施工时所用的临时结构，在盖梁施工中只起到支撑支架底托的作用，所以本次计算仅以盘扣支架的最不利荷载布局形式对其进行模块分析(见图6)。
图5 下部支承结构Midas模型云图
图6 最不利荷载布局示意图
模型中的钢管基础、桩间连系梁、纵横分配梁、贝雷片结构杆件等均使用梁单元进行模拟，其余杆件间则采用桁架连接，具体材料参数、截面参数和单元类型如表2所示。在边界条件设置上，各钢管桩与地基基础均以固结方式连接；
钢管桩与桩顶横梁、桩顶横梁与贝雷片、贝雷片与支撑架、贝雷片与分配梁四种接触面则由下至上均采用刚性连接并释放相应的自由度。
表2 下部支承结构主要杆件截面尺寸统计表
在安装盘扣架辅助支撑后，通过对盖梁托架结构应力进行计算可得：钢棒结构最大组合应力为128.7 MPa；
主横梁和分配梁的最大组合应力为91.3 MPa；
钢平台贝雷梁最大组合应力为180.1 MPa；
平台中其他型钢最大组合应力为90.2 MPa。即各构件应力最大值均小于其本身的强度允许值且具有一定的安全储备，满足本结构施工要求。
剪应力部分，托架结构最大剪应力为21.4 MPa，小于允许值85 MPa；
钢平台的贝雷梁最大剪应力为59.2 MPa，小于允许值120 MPa；
钢平台的其他型钢最大组合应力为24.5 MPa，也小于允许值80 MPa。另外，在位移计算方面，盖梁托架的最大挠度为9.63 mm，小于位移极限值L/400=17 000/400=42.5 mm；
钢平台最大位移为6.68 mm，也未达到其位移极限值L/400=12 000/400=30 mm。结合上述数据对比与下页表3的结果汇总可知，超宽盖梁托架和钢平台满足盖梁的施工要求。
表3 上下部支承结构模型计算结果汇总表
综上所述，在海上作业空间受限条件下，广西滨海公路龙门大桥项目部通过对现有盖梁施工工艺的分析，并结合现场条件，设计了较为实用的混合支承体系。通过建模计算表明，不管是上部托架结构，还是下部支撑结构，两者的刚度、强度及稳定性均满足规范要求，验证了整体结构的安全性。目前，此套体系已运用到实际作业中，帮助该项目克服了海上地基承载力弱、普通托架无法承受大体积盖梁重量的施工难点，顺利完成了扬帆立交主线桥左幅9#墩大跨度盖梁的浇筑。然而，此系统由于对前期施工平台的运用，导致平台材料难以在完成桩基、墩柱施工后立刻进行周转，也面临着后期盖梁投影面积下钢材难拆除的问题，对项目施工周期产生了一定影响。因此，混合支承系统在辅助支撑部分的选用上，还需展开更多的探讨与设计。
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